ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОМЕТР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

Абрамов Сергей   г. Оренбург
 
 Предлагаемый цифровой термометр предназначен для измерения температуры от 0 до 102,3 градуса Цельсия с точностью 0,1 градуса. Данным прибором можно измерять температуру воздуха, а если сделать датчик герметичным то и жидкости.
 Термометр состоит Рис1. из самодельного преобразователя температуры в сопротивление на основе медной катушки R2. Измерительного моста собранного из прецизионных резисторов R1-R5. Дифференциального усилителя D1.1, R6-R8, C1. Перестраиваемого масштабного усилителя D1.2, R9-R11, R13, C3. Микроконтроллера D3 с кварцевым генератором  ZQ1, C8, C9. Схемы индикации температуры HG1, R14-R25, VT1-VT4.  Схемы опорного напряжения VD1, R12. И блока питания  T1, VD2-VD5, D2, C4,C5.
 Рассмотрим работу схемы. При изменении внешней температуры меняется сопротивление термодатчика R2 и тем самым происходит разбаланс измерительного моста. Этот сигнал усиливается дифференциальным  усилителем с коэффициентом усиления около 10. Коэффициент усиления задается резистором R8. Конденсатор С1 необходим для предотвращения самовозбуждения усилителя на высоких частотах. Далее сигнал разбаланса поступает на масштабный неинвертирующий усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Коэффициент усиления которого около 200, и при помощи резистора R13 его можно изменять в пределах 1%.  Далее сигнал поступает на вход (RA0 микросхемы D3) десяти разрядного АЦП входящего в состав микроконтроллера PIC16F873. Внутри микроконтроллера сигнал оцифровывается  и в режиме динамической индикации выдается на светодиодную матрицу HG1. Для уменьшения погрешности аналого-цифрового преобразователя микросхемы D3 (Vref+) , а также измерительный мост запитываются от одного опорного напряжения на микросхеме TL431 (VD1) и нагрузочного резистора R12. Стабильность опорного напряжения можно повысить заменив резистор R12 на генератор тока Рис2, например собранного на полевом транзисторе или микросхеме LM317.
 В микросхему D3 необходимо записать микропрограмму при помощи внешнего программатора расположенную в табл.1.  Схема состоящая из микросхемы D3, индикатора HG1, транзисторов VT1-VT4, резисторов R14-R25, кварцевого генератора ZQ1,C8,C9, схемы опорного напряжения VD1,R12 и микропрограммы представляет собой не что иное  как десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь c динамической индикацией и может быть использована в других конструкциях. В микропрограмме предусмотрена возможность коррекции нуля для этого необходимо отсоединить вывод 5( Vref- ) микросхемы D3 и подать на него напряжение с прецизионного делителя напряжения состоящего из резистора 4,7-10кОм. На делитель напряжения сигнал следует снять со схемы опорного напряжения.
 При правильной сборке устройства, настройка заключается в подстройке сопротивлений R4, R13. Подключаем вместо термодатчика прецизионное сопротивление 108,09 Ом и вращая резистор R4 добиваемся показаний на индикаторе 19,0 затем подключаем резистор сопротивлением 142,6 Ом и вращая резистор R13 добиваемся показаний на индикаторе 100,0. Операцию необходимо повторить несколько раз для точного показания на индикаторах. При этом возможно придется  подкорректировать номиналы резисторов R5,R11.
 Не огорчайтесь если вы не найдете именно таких прецизионных сопротивлений достаточно найти что-то близкое по значению, и показания на индикаторе будут другими, какими это можно узнать из тарировочных таблиц Табл.2. Необходимо добавить что в связи с тем что номиналы подсоединяемых резисторов небольшие, надо обеспечивать при настройке хороший контакт, например пайкой и не в коем случае не пользоваться переключателем так как его собственное сопротивление может быть несколько Ом.
 
 
Рис1.

В устройстве применены прецизионные резисторы R1,R3,R5,R6-R11 типа С2-29 с точностью 0,5-1% или подобные. R14,R13 многооборотистые типа СП5-1, СП5-2 остальные МЛТ. Конденсаторы постоянные типа КД1 или любые керамические, электролитические типа К50-35. Диоды VD2-VD5 любые на ток 300-500ма и напряжение 25 вольт. Транзисторы VT1-VT4 любые кремниевые n-p-n проводимостью. Трансформатор Т1 мощностью 3-5Вт и напряжением вторичной обмотки 8-12 вольт. Кварц ZQ1 может быть 10-20 мГц с параллельным резонансом. Следует заметить что прецизионные резисторы могут быть и других номиналов важно чтобы они были подобраны в пару R1 и R3, R6 и R7, R9 и R10 и находились в пределах 2-15 кОм. Ну и конечно надо будет изменить номиналы резисторов R8, R11 чтобы сохранить коэффициент усиления операционных усилителей. Термодатчик может иметь так же иное сопротивление Табл.2 и подобран в пару с резистором R5.
 
    
                                                          Рис2

Теперь поговорим о изготовлении медного термопреобразователя сопротивления . Можно конечно взять готовый промышленный ТСМ-100м (медный) или еще лучше ТСП-100п (платиновый) с сопротивлением 100 Ом при 0 гр.С.  или ТСМ-50м, ТСП-50п сопротивлением 50 Ом при 0 гр.С, но для этого необходимо выложить сумму сопоставимую или превосходящую стоимость всех деталей устройства, а можно изготовить его самому Рис3. Для этого делаем заготовку из стеклотектолита толщиной 1-2мм Рис 4.
                                                    
                       Рис3.                                                                            Рис4.

Затем выбираем провод которым будем мотать датчик.  По справочнику [1] находим  что если взять провод ПЭЛ диаметром 0,05мм. То его сопротивление будет 8,7848 Ом*м. При нуле градусов цельсия. Сопротивление провода ПЭЛ 0,1 равно 2,1962 Ом*м.  Смотрим в тарировочной таблице Табл.2 какое сопротивление должно быть при нуле гр.С. и высчитываем длину провода. Например для ТСМ50м. и проводе ПЭЛ 0,05   L=100/8.7848 . Получаем 11метров 38сантиметров. При выборе диаметра провода надо учесть какой ток будет протекать через термодатчик, а это зависит от резисторов R1,R7, так что бы не происходило дополнительного нагрева датчика током. После подсчета длинны, отмеряем провод с небольшим запасом на пайку складываем вдвое и наматываем на каркас начиная от места изгиба проводов ( бифилярно ) это необходимо для компенсации индуктивности датчика.
Необходимо так же учесть длинну соединительных проводов которые так же будут вносить погрешности и при их значительной длинне применить трехпроводную схему соединения для компенсации погрешностей а провода заэкранировать.
 

Табл.1

:020000040000FA
:020000002C28AA
:08000800B700030EB8008B18CD
:10001000F8280B19BB280C18AF28380E8300B70E30
:04002000370E09008E
:100040008A0182078034F2344834603432342434F4
:100050000434F03400342034830181019001920192
:10006000103005308601F030870097019D018B012B
:100070008316ED308500013086008701C63081008F
:100080008F309F0001308C008D0183128C018D0117
:10009000A0143F30840080018403A0184B282D2138
:1000A00081309F001130A000A1011130B0006430F8
:1000B000810076308F0000308E0000302121B100A9
:1000C00001302121B200F0308B0064002D212D2160
:1000D0001F1564001F1969281E08AD008B138316B5
:1000E0001E0883128B17AC008C207B201130B000CF
:1000F000AC01AD0165285930A600FF30A7000730DC
:10010000A8006400A70B8528A60B8128A80B8128CE
:10011000080065286528652803101030A400A9018F
:10012000AA01AB01AC0DAD0DAB0DAA0DA90DA40B31
:100130009A2808002B308400A4202A308400A420B0
:1001400029308400A420922803300007A500A519B7
:10015000800030300007A500A51B80000800640067
:100160000C10101C0D28101005121430B600B60B20
:10017000B72805160D2864000B118B1E0D288B1255
:10018000201CCD2807162B080F3920208600871346
:10019000851E21152010A014F428A01CDC28871728
:1001A0002B0E0F3920208600201A07100713851EFA
:1001B000A114A0102015F428201DEA280717071401
:1001C0002A080F39202086008712851E211420114D
:1001D000A015F428A01DF42887162A0E0F39202018
:1001E00086000712A0112014643081008B160D28A0
:1001F000640006088B100B1E0D282D21061C0D28EF
:1002000010100C1076308F0000308E0010140D2866
:100210008B133308031783168C180C2983128D0057
:100220000313340803178C0083168C130C155530F8
:100230008D00AA308D008C140C11831203138B17C0
:1002400008008B13031783128D0083168C130C1474
:1002500083120C0803138B1708003C30B500B50B54
:040260002F2908003A
:02400E00622D21
:00000001FF

Табл.2

T. Гр.С

ТСМ-53М
0,2258Ом /Гр,С

ТСМ-100М
0,426Ом/ Гр,С

ТСМ-50М
0,214Ом/ Гр,С

ТСМ-10М
0,03862Ом/Гр,С

-50

41,71

78,7

39,35

7,104

-49

41,94

79,13

39,563

7,14262

-48

42,16

79,55

39,776

7,18124

-47

42,39

79,98

39,989

7,21986

-46

42,61

80,40

40,202

7,25848

-45

42,84

80,83

40,415

7,2971

-44

43,06

81,26

40,628

7,33572

-43

43,29

81,68

40,841

7,37434

-42

43,52

82,11

41,054

7,41296

-41

43,74

82,53

41,267

7,45158

-40

43,97

82,96

41,48

7,4902

-39

44,19

83,39

41,693

7,52882

-38

44,42

83,81

41,906

7,56744

-37

44,65

84,24

42,119

7,60606

-36

44,87

84,66

42,332

7,64468

-35

45,10

85,09

42,545

7,6833

-34

45,32

85,52

42,758

7,72192

-33

45,55

85,94

42,971

7,76054

-32

45,77

86,37

43,184

7,79916

-31

46,00

86,79

43,397

7,83778

-30

46,23

87,22

43,61

7,8764

-29

46,45

87,65

43,823

7,91502

-28

46,68

88,07

44,036

7,95364

-27

46,90

88,50

44,249

7,99226

-26

47,13

88,92

44,462

8,03088

-25

47,36

89,35

44,675

8,0695

-24

47,58

89,78

44,888

8,10812

-23

47,81

90,20

45,101

8,14674

-22

48,03

90,63

45,314

8,18536

-21

48,26

91,05

45,527

8,22398

-20

48,48

91,48

45,74

8,2626

-19

48,71

91,91

45,953

8,30122

-18

48,94

92,33

46,166

8,33984

-17

49,16

92,76

46,379

8,37846

-16

49,39

93,18

46,592

8,41708

-15

49,61

93,61

46,805

8,4557

-14

49,84

94,04

47,018

8,49432

-13

50,06

94,46

47,231

8,53294

-12

50,29

94,89

47,444

8,57156

-11

50,52

95,31

47,657

8,61018

-10

50,74

95,74

47,87

8,6488

-9

50,97

96,17

48,083

8,68742

-8

51,19

96,59

48,296

8,72604

-7

51,42

97,02

48,509

8,76466

-6

51,65

97,44

48,722

8,80328

-5

51,87

97,87

48,935

8,8419

-4

52,10

98,30

49,148

8,88052

-3

52,32

98,72

49,361

8,91914

-2

52,55

99,15

49,574

8,95776

-1

52,77

99,57

49,787

8,99638

0

53,00

100,00

50

9,035

1

53,23

100,43

50,213

9,07362

2

53,45

100,85

50,426

9,11224

3

53,68

101,28

50,639

9,15086

4

53,90

101,70

50,852

9,18948

5

54,13

102,13

51,065

9,2281

6

54,35

102,56

51,278

9,26672

7

54,58

102,98

51,491

9,30534

8

54,81

103,41

51,704

9,34396

9

55,03

103,83

51,917

9,38258

10

55,26

104,26

52,13

9,4212

11

55,48

104,69

52,343

9,45982

12

55,71

105,11

52,556

9,49844

13

55,94

105,54

52,769

9,53706

14

56,16

105,96

52,982

9,57568

15

56,39

106,39

53,195

9,6143

16

56,61

106,82

53,408

9,65292

17

56,84

107,24

53,621

9,69154

18

57,06

107,67

53,834

9,73016

19

57,29

108,09

54,047

9,76878

20

57,52

108,52

54,26

9,8074

21

57,74

108,95

54,473

9,84602

22

57,97

109,37

54,686

9,88464

23

58,19

109,80

54,899

9,92326

24

58,42

110,22

55,112

9,96188

25

58,65

110,65

55,325

10,0005

26

58,87

111,08

55,538

10,03912

27

59,10

111,50

55,751

10,07774

28

59,32

111,93

55,964

10,11636

29

59,55

112,35

56,177

10,15498

30

59,77

112,78

56,39

10,1936

31

60,00

113,21

56,603

10,23222

32

60,23

113,63

56,816

10,27084

33

60,45

114,06

57,029

10,30946

34

60,68

114,48

57,242

10,34808

35

60,90

114,91

57,455

10,3867

36

61,13

115,34

57,668

10,42532

37

61,35

115,76

57,881

10,46394

38

61,58

116,19

58,094

10,50256

39

61,81

116,61

58,307

10,54118

40

62,03

117,04

58,52

10,5798

41

62,26

117,47

58,733

10,61842

42

62,48

117,89

58,946

10,65704

43

62,71

118,32

59,159

10,69566

44

62,94

118,74

59,372

10,73428

45

63,16

119,17

59,585

10,7729

46

63,39

119,60

59,798

10,81152

47

63,61

120,02

60,011

10,85014

48

63,84

120,45

60,224

10,88876

49

64,06

120,87

60,437

10,92738

50

64,29

121,30

60,65

10,966

51

64,52

121,73

60,863

11,00462

52

64,74

122,15

61,076

11,04324

53

64,97

122,58

61,289

11,08186

54

65,19

123,00

61,502

11,12048

55

65,42

123,43

61,715

11,1591

56

65,64

123,86

61,928

11,19772

57

65,87

124,28

62,141

11,23634

58

66,10

124,71

62,354

11,27496

59

66,32

125,13

62,567

11,31358

60

66,55

125,56

62,78

11,3522

61

66,77

125,99

62,993

11,39082

62

67,00

126,41

63,206

11,42944

63

67,23

126,84

63,419

11,46806

64

67,45

127,26

63,632

11,50668

65

67,68

127,69

63,845

11,5453

66

67,90

128,12

64,058

11,58392

67

68,13

128,54

64,271

11,62254

68

68,35

128,97

64,484

11,66116

69

68,58

129,39

64,697

11,69978

70

68,81

129,82

64,91

11,7384

71

69,03

130,25

65,123

11,77702

72

69,26

130,67

65,336

11,81564

73

69,48

131,10

65,549

11,85426

74

69,71

131,52

65,762

11,89288

75

69,94

131,95

65,975

11,9315

76

70,16

132,38

66,188

11,97012

77

70,39

132,80

66,401

12,00874

78

70,61

133,23

66,614

12,04736

79

70,84

133,65

66,827

12,08598

80

71,06

134,08

67,04

12,1246

81

71,29

134,51

67,253

12,16322

82

71,52

134,93

67,466

12,20184

83

71,74

135,36

67,679

12,24046

84

71,97

135,78

67,892

12,27908

85

72,19

136,21

68,105

12,3177

86

72,42

136,64

68,318

12,35632

87

72,64

137,06

68,531

12,39494

88

72,87

137,49

68,744

12,43356

89

73,10

137,91

68,957

12,47218

90

73,32

138,34

69,17

12,5108

91

73,55

138,77

69,383

12,54942

92

73,77

139,19

69,596

12,58804

93

74,00

139,62

69,809

12,62666

94

74,23

140,04

70,022

12,66528

95

74,45

140,47

70,235

12,7039

96

74,68

140,90

70,448

12,74252

97

74,90

141,32

70,661

12,78114

98

75,13

141,75

70,874

12,81976

99

75,35

142,17

71,087

12,85838

100

75,58

142,60

71,3

12,897

101

75,81

143,03

71,513

12,93562

102

76,03

143,45

71,726

12,97424

103

76,26

143,88

71,939

13,01286

104

76,48

144,30

72,152

13,05148

105

76,71

144,73

72,365

13,0901

106

76,93

145,16

72,578

13,12872

107

77,16

145,58

72,791

13,16734

108

77,39

146,01

73,004

13,20596

109

77,61

146,43

73,217

13,24458

110

77,84

146,86

73,43

13,2832

111

78,06

147,29

73,643

13,32182

112

78,29

147,71

73,856

13,36044

113

78,52

148,14

74,069

13,39906

114

78,74

148,56

74,282

13,43768

115

78,97

148,99

74,495

13,4763

116

79,19

149,42

74,708

13,51492

117

79,42

149,84

74,921

13,55354

118

79,64

150,27

75,134

13,59216

119

79,87

150,69

75,347

13,63078

120

80,10

151,12

75,56

13,6694

121

80,32

151,55

75,773

13,70802

122

80,55

151,97

75,986

13,74664

123

80,77

152,40

76,199

13,78526

124

81,00

152,82

76,412

13,82388

125

81,23

153,25

76,625

13,8625

126

81,45

153,68

76,838

13,90112

127

81,68

154,10

77,051

13,93974

128

81,90

154,53

77,264

13,97836

129

82,13

154,95

77,477

14,01698

130

82,35

155,38

77,69

14,0556

131

82,58

155,81

77,903

14,09422

132

82,81

156,23

78,116

14,13284

133

83,03

156,66

78,329

14,17146

134

83,26

157,08

78,542

14,21008

135

83,48

157,51

78,755

14,2487

136

83,71

157,94

78,968

14,28732

137

83,93

158,36

79,181

14,32594

138

84,16

158,79

79,394

14,36456

139

84,39

159,21

79,607

14,40318

140

84,61

159,64

79,82

14,4418

141

84,84

160,07

80,033

14,48042

142

85,06

160,49

80,246

14,51904

143

85,29

160,92

80,459

14,55766

144

85,52

161,34

80,672

14,59628

145

85,74

161,77

80,885

14,6349

146

85,97

162,20

81,098

14,67352

147

86,19

162,62

81,311

14,71214

148

86,42

163,05

81,524

14,75076

149

86,64

163,47

81,737

14,78938

150

86,87

163,90

81,95

14,828

151

87,10

164,33

82,163

14,86662

152

87,32

164,75

82,376

14,90524

153

87,55

165,18

82,589

14,94386

154

87,77

165,60

82,802

14,98248

155

88,00

166,03

83,015

15,0211

156

88,22

166,46

83,228

15,05972

157

88,45

166,88

83,441

15,09834

158

88,68

167,31

83,654

15,13696

159

88,90

167,73

83,867

15,17558

160

89,13

168,16

84,08

15,2142

161

89,35

168,59

84,293

15,25282

162

89,58

169,01

84,506

15,29144

163

89,81

169,44

84,719

15,33006

164

90,03

169,86

84,932

15,36868

165

90,26

170,29

85,145

15,4073

166

90,48

170,72

85,358

15,44592

167

90,71

171,14

85,571

15,48454

168

90,93

171,57

85,784

15,52316

169

91,16

171,99

85,997

15,56178

170

91,39

172,42

86,21

15,6004

171

91,61

172,85

86,423

15,63902

172

91,84

173,27

86,636

15,67764

173

92,06

173,70

86,849

15,71626

174

92,29

174,12

87,062

15,75488

175

92,52

174,55

87,275

15,7935

176

92,74

174,98

87,488

15,83212

177

92,97

175,40

87,701

15,87074

178

93,19

175,83

87,914

15,90936

179

93,42

176,25

88,127

15,94798

180

93,64

176,68

88,34

15,9866

 

Литература:
1. А.А. Бокуняев, Н.М.Борисов, Р.Г.Варламов и др. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Радио и       связь 1990г. стр 438.
2. Н.Хоменков, А.Зверев. Цифровой термометр. Радио №1 1985г. с.47